수파투영장치를 이용한 파동 실험

1. 목적

2. 기본원리

(1)

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(4)

(5)

가 된다.

4. 실험방법

1) 수조에 물을 2/3 가량 채운 뒤 수면파 발생 장치를 설치한다. 이때 가능한 한 수조를 수평으로 놓고 가장자리에 스펀지로 수면파 흡수대를 놓아 반사파가 생기지 않도록 한다.

2) 선 파동샘으로 쓰기 위한 플라스틱 관을 두 작은 원판에 끼우고 선형파 형태의 수면파를 발생시켜 파의 파장과 속력을 관찰한다.

① 발생 장치의 플라스틱 관(막대)이 3 ~ 5 mm 정도 물에 잠기도록 높이를 조정한다. 막대가 수조의 한 가운데쯤에 가장자리와 평형이 되도록 위치시킨다.

② 수면파 발생 장치에 전원을 연결하고 적당한 주기의 떨림이 일어나도록 주기 조절 누름 여닫이를 눌러 10 Hz 정도로 맞춘다. (주기는 1 - 15 Hz 사이만 조절이 가능하다. 첫 번째 숫자는 10의 자리, 두 번째 숫자는 1의 자리 그리고 세 번째 숫자는 소수점 첫 번째 자리이다. Phase 라고 쓴 누름 여닫이는 두 떨개의 위상 차를 조절하는 용도이므로 0으로 맞춘다.)

③ 떨개의 주기와 전구의 위치를 조절하여 수면파의 그림자가 잘 비치도록 한다. djEJs 이유로 수면파의 그림자가 생기는지 생각해 보아라.

④ 수면파의 파장을 측정한다. 이때 과원이 평행광이 아니면 측정한 그림자의 간격과 실제 파장이 다를 수 있으므로 주의한다.

⑤ 수면파의 속력을 구한다. 수면파의 속력은 주기(= 1/주파수)와 측정한 파장으로부터 알 수 있다.

⑥ 작은 종이나 스펀지 조각을 물에 띄워서 수면파에 의한 지행 속력이 파의 속력보다 매우 느림을 관측한다. 가능하면 수면에서의 떠돎 속력을 측정한다.

⑦ 아크릴 막대나 반원형 통(통 안에 물을 채워 떠다니지 못하도록 한다.)을 장애물로 사용하여 수면파에 어떤 영향을 미치는가 관찰한다. 특히 장애물로부터 반사되는 경우 파는 마치 파장이 1/2로 줄어든 것처럼 보이고 그림자의 흔들림이 적은데 그 이유를 설명할 수 있겠는가?

3) 이번에는 두 개의 원형 수면 파동 샘을 결맞게 진동시켜 발생한 수면파의 간섭 현상을 측정한다.

① 수면파 발생 장치의 전원을 끄고 플라스틱 관(막대)을 플라스틱 원판으로부터 분리해 낸다. 원형파 발생용의 두 플라스틱 원판이 물에 1/3정도 잠기도록 높이를 조절한다. 이때 두 원판이 같은 정도로 잠기도록 한다.

② 수면파 발생 장치의 전원을 켜서 떨개의 주기를 조절하여 수면파의 그림자가 잘 비치도록 한다.

③ 밝은 점(마디)이 생기는 위치를 종이에 y시하여 파동 샘으로부터의 거리에 따른 밝은 무늬의 각도 을 구하고, 간섭 현상에 대한 이론 식을 사용하여 구한 각도와 비교한다.

④ 두 원형수면 파동 샘 사이의 간격을 변화시켜 ③ 의 측정을 반복한다. 이때 너무 무리하게 힘을 가하지 않도록 한다. 차이를 볼 수 있는가? 차이가 있다면 그 차이의 이유를 생각하고 측정 결과를 이론 식과 비교한다.

4) 장애물로부터 반사 또는 회절된 수면파의 간섭 현상을 측정한다.

① 1)에서와 같이 선형파 발생용 막대를 3 ~ 5 mm 정도 물에 잠기게 조정한다. 막대가 수조의 한 가운데에 가장자리와 평행하게 위치시킨다.

② 수면파 발생기의 전원을 켜고 떨개의 주기를 조절하여 수면파의 그림자가 잘 비치도록 한다.

③ 니들펜 등을 적장한 위치에 세워 장애물로 사용하고 주위의 파형이 변화하는 모양을 관찰한다. 이때 장애물의 수, 크기, 간격 및 위치 등을 바꿔 본다.

④ 간섭 무늬의 밝은 점들을 종이 위에 표시한다.

⑤ 이외에도 샤프 연필심 등을 사용하여 장애물의 크기가 파장보다 작을 때 수면파의 진행에 어떤 영향을 미치는가 관찰하고, 수면에 가한 작은 충격이 수면을 통해 전달되는 모양을 살핀다. 수면파란 결국 물분자 들의 상호작용에 의해서 전달 될 텐데 어떤 상호작용이 있을 수 있는가 생각해 본다.